JP2012085450A - 二次電池充放電装置及び電力貯蔵システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の二次電池と外部の装置との間に設けられた蓄電部2a,2bによって、電気エネルギーの受け渡しを中継する。蓄電部は、複数のキャパシタC1〜C3を互いに直列に接続して構成され、外部の変換装置と接続される第1蓄電部2aと、外部への放電専用のキャパシタC4によって構成される第2蓄電部2bとを備える。キャパシタと二次電池とを繋ぐ接続装置3は、第1蓄電部2aの複数のキャパシタC1〜C3から選択したキャパシタを、複数の二次電池B1〜B8から選択した二次電池と接続して充電回路又は放電回路を構成するとともに、第2蓄電部2bのキャパシタC4を、複数の二次電池B1〜B8から選択した二次電池と接続してキャパシタ充電回路を構成する。
【選択図】図2
Description
V=E1−i1・R1=E2−i2・R2=E3−i3・R3
I=i1+i2+i3
この場合、全体として一本の直列体を成す複数のキャパシタによって第1蓄電部及び第2蓄電部を構成することができるので、蓄電部全体の構成が簡素で無駄がない。
この場合、例えば外部からの回生電力により第1蓄電部を充電しつつ、外部へは第2蓄電部から直流電圧を提供することができる。
二次電池は選択されて使用されるので、逆に言えば、使用されていないときがある。そこで、キャパシタと接続されていない不使用時の当該二次電池の両端電圧に基づいて充電深度を求めることができる。
この場合、残量が少ない二次電池を充電して、当該二次電池を、放電用に選択できる状態に回復させることができる。
この場合、充電深度の劣る電池に制約されることなく、その時点で性能が優れている二次電池を適時に有効活用することができる。
前述の二次電池充放電装置を用いることにより、性能にばらつきがある二次電池を用いて電力貯蔵システムを構成することができる。従って、例えば、中古の二次電池を用いることにより、安価に、電力貯蔵システムを構成することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る電力貯蔵システムの要部を示す接続図である。この電力貯蔵システムは、例えば、ハイブリッドカーや電気自動車におけるメインバッテリシステムとして利用可能なものである。
図において、モータ駆動用の3相交流負荷に接続される電力貯蔵システムは、交流/直流を相互に変換する交直変換装置101と、二次電池充放電装置1とによって構成される。交直変換装置101は、交流から直流へ、及び、直流から交流へ、のいずれにも変換を行うことができる。なお、二次電池充放電装置1について図示しているのは、その一部を成すキャパシタのみであり、その他の詳細については後述する。
また、各ストリングS1,S2,・・・,Smに対して直列にもう一つの(一単位の)キャパシタCdが接続されており、各キャパシタCdは互いに並列に接続されている。各キャパシタCdの両端電圧はDC負荷に供給される。このDC負荷とは、走行用モータ以外の負荷で、車両の照明、空調、計装等の負荷であり、電圧は、例えば12Vである。
図2は、本発明の一実施形態に係る二次電池充放電装置1の詳細な回路構成の一例を示す回路図である。図において、この装置1は、大別すると、複数の二次電池B1〜B8と、キャパシタによって構成される第1蓄電部2a及び第2蓄電部2bと、接続装置3(二点鎖線で囲む部分)と、によって構成されている。二次電池に関する「複数」の一例として、例えば図示の8個の二次電池B1〜B8があるものとする。
AC負荷(例えば走行用モータ)のための交直変換装置101は、プラス側電路Lp1と、中間電路Lm1との間に接続される。また、DC負荷(例えば計装等の負荷)は、中間電路Lm1と、マイナス側電路Ln1との間に接続される。
CPUを含む制御装置4は、上記スイッチSB1〜SB8、SP1〜SP4、SN1〜SN4を個別にオン・オフする。
スイッチSM1〜SM8、A/Dコンバータ5及び制御装置4は、各二次電池B1〜B8の両端電圧を測定する回路を構成しており、この回路によって電池情報が取得される。なお、本実施形態の二次電池充放電装置1では、二次電池B1〜B8は、選択されて使用されるので、非選択の二次電池は使用されていない。使用されていない二次電池については、起電力の測定が可能である。
なお、充電深度すなわち電池としての残量は、充放電に際して、どの二次電池を選択するかの選択基準となる。また、電池は、劣化するほど内部抵抗が大きくなるので、内部抵抗に基づいて交換時期を判断し、交換を促す警告を発する処理を行うこともできる。
まず、二次電池を放電させる場合の動作について説明する。なお、放電に使用される電池は基本的に1つ(1ストリング)である。
続いて、制御装置4は、スイッチSP2及びSN2をオンにして、選択された電池からキャパシタC2への放電回路を構成し、キャパシタC2を充電する(ステップS13)。また、制御装置4は、電池の放電時間経過後には、スイッチSP2及びSN2をオフにする。
続いて、制御装置4は、スイッチSP4及びSN4をオンにして、選択された電池からキャパシタC4への放電回路を構成し、キャパシタC4を充電する(ステップS15)。また、制御装置4は、電池の放電時間経過後には、スイッチSP4及びSN4をオフにする。
なお、同じ電池を連続的に選択して使用することも可能である。但し、使用中は最新の充電深度がわからないので、所定回数連続して使用した後、次の電池を選択するようにすればよい。具体的には、例えば、ステップS12〜S15の処理を所定回数繰り返してからステップS10に戻るフローチャートにすればよい。
まず、前述の電池情報に基づいて、制御装置4は、充電用(充電対象)として最も充電深度が低い電池(B1〜B8のいずれか1つ)を、次に選択すべき電池として特定する(ステップSx1)。
続いて、制御装置4は、スイッチSP2及びSN2をオンにして、キャパシタC2から選択された電池への充電回路を構成し、キャパシタC2を放電させる(ステップS23)。また、制御装置4は、キャパシタC2の放電時間経過後は、スイッチSP2及びSN2をオフにする。
続いて、制御装置4は、スイッチSP3及びSN3をオンにして、キャパシタC3から選択された電池への充電回路を構成し、キャパシタC3を放電させる(ステップS24)。また、制御装置4は、キャパシタC3の放電時間経過後は、スイッチSP3及びSN3をオフにする。
また、電池の種類が異なれば電圧が異なることが多いが、そのような場合でも、選択して接続することにより、問題なく使用することができる。
なお、上記実施形態では、第1蓄電部2aとして複数のキャパシタが直列に接続されている構成を示した。これは、直列接続によって高い電圧に対応することができる点で好適である。但し、必ずしも「複数」でなくてもよい。
図6は、このような二次電池充放電装置1の詳細な回路構成の例を示す回路図である。図2との違いは、第1蓄電部2aが1個のキャパシタC1である点、及び、これに伴って図2のスイッチSP2,SP3,SN2,SN3が不要となった点である。この場合も、接続装置3は、キャパシタC1,C4について、複数の二次電池B1〜B8から選択した二次電池と接続して充電回路又は放電回路を構成する(但し、C4は充電のみ)、という基本構成・動作は同じである。
なお、上記実施形態では、二次電池の選択は充電深度に基づいて行うものとし、これが好ましいが、ランダムに二次電池を選択して充電し又は放電させることも可能ではある。但し、この場合には、残量の少ない電池を過放電させないように、別途、確実に充電することが必要である。
さらに、上記の二次電池充放電装置1は、商用交流電源との系統連系や、直流負荷との連系に適用することもできる。
なお、第1蓄電部2aや第2蓄電部2bをそれぞれ、さらに複数系統(複数負荷対応)に分けることも可能である。例えば、第1蓄電部として200Vの電圧の他、第2蓄電部を2つに分けて(若しくは第2蓄電部をもう一つ直列に設けて)24V及び12Vの合計3種類の電圧を出力可能とするキャパシタの直列体を構成することも可能である。
2a:第1蓄電部
2b:第2蓄電部
3:接続装置
5:A/Dコンバータ
101:交直変換装置
102:直流/直流変換装置
B1〜B8:二次電池
C1〜C4:キャパシタ
SB1〜SB8,SP1〜SP4,SN1〜SN4,SM1〜SM8:スイッチ
Claims (8)
- 複数の二次電池と、
キャパシタによって構成され、外部の変換装置と接続される第1蓄電部と、
専ら外部への放電の用に供するキャパシタによって構成される第2蓄電部と、
前記第1蓄電部のキャパシタを、前記複数の二次電池から選択した二次電池と接続して充電回路又は放電回路を構成するとともに、前記第2蓄電部のキャパシタを、前記複数の二次電池から選択した二次電池と接続してキャパシタ充電回路を構成する接続装置と
を備えていることを特徴とする二次電池充放電装置。 - 複数の二次電池と、
複数のキャパシタを互いに直列に接続して構成され、外部の変換装置と接続される第1蓄電部と、
専ら外部への放電の用に供するキャパシタによって構成される第2蓄電部と、
前記第1蓄電部の複数のキャパシタから選択したキャパシタを、前記複数の二次電池から選択した二次電池と接続して充電回路又は放電回路を構成するとともに、前記第2蓄電部のキャパシタを、前記複数の二次電池から選択した二次電池と接続してキャパシタ充電回路を構成する接続装置と
を備えていることを特徴とする二次電池充放電装置。 - 前記第1蓄電部と前記第2蓄電部とは互いに直列に接続されている請求項1又は2に記載の二次電池充放電装置。
- 前記変換装置による前記第1蓄電部への充電中に、前記第2蓄電部から外部への放電が行われる請求項1又は2に記載の二次電池充放電装置。
- 前記接続装置は、各二次電池の両端電圧を測定する回路を含む請求項1又は2に記載の二次電池充放電装置。
- 前記接続装置は、前記キャパシタとの接続用に選択されていない不使用の各二次電池について、その両端電圧に基づいて充電深度を求め、いずれかの二次電池を充電するときは、充電深度が相対的に低い二次電池を優先的に前記第1蓄電部のキャパシタに接続する請求項5記載の二次電池充放電装置。
- 前記接続装置は、前記キャパシタとの接続用に選択されていない不使用の各二次電池について、その両端電圧に基づいて充電深度を求め、いずれかの二次電池を放電させるときは、充電深度が相対的に高い二次電池を優先的に前記キャパシタに接続する請求項5記載の二次電池充放電装置。
- 請求項2に記載の二次電池充放電装置と、当該二次電池充放電装置の入出力と所望の系統とを仲介する変換装置とを備えた電力貯蔵システム。
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